(57)【要約】  本発明の電極活物質の製造方法は、炭素材料を、２５０℃以上の温度及び３．９ＭＰａ以上の圧力において、水存在下で賦活処理する賦活処理工程を含む。これにより、耐久性に優れた電極を提供し得る電極活物質を実現することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素材料を、２５０℃以上の温度及び３．９ＭＰａ以上の圧力において、水存在下で賦活処理する賦活処理工程を含むことを特徴とする電極活物質の製造方法。
【請求項２】
上記賦活処理工程は、炭素材料を、３７４℃以上の温度及び２２．１ＭＰａ以上の圧力において、水存在下で賦活処理する工程であることを特徴とする請求項１に記載の電極活物質の製造方法。
【請求項３】
上記水と酸化促進剤との存在下で、上記賦活処理工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電極活物質の製造方法。
【請求項４】
上記酸化促進剤が、過酸化水素であることを特徴とする請求項３に記載の電極活物質の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法によって得られた電極活物質。
【請求項６】
比表面積が０．０１〜３０ｍ２／ｇの範囲内であり、
各アルカリ金属原子の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、
電極を作製した際の、２．７Ｖで測定した漏れ電流が５０μＡ／ｃｍ２以下であることを特徴とする電極活物質。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の電極活物質を用いて得られたことを特徴とする電極。
【請求項８】
請求項７に記載の電極を備えたことを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項９】
上記蓄電デバイスが、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項８に記載の蓄電デバイス。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の蓄電デバイスと、
集積回路とを備えたことを特徴とする電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極活物質及びその利用、並びに電極活物質の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、蓄電デバイスの１種であり、炭素電極と電解液との界面に生ずる電気二重層への蓄電現象を利用したキャパシタである。電気二重層キャパシタは、一般的に、容器と、その容器内に収容された、セパレータを挟んで配置される一対の炭素電極及び一対の集電体とを有しており、容器内には、イオン導電性の電解液が導入されている。【０００３】
このような電気二重層キャパシタは、非常に大きい静電容量が得られ、伝統的なキャパシタに比べてエネルギー密度は１００〜１０００倍にも及ぶことが知られている。また、化学反応によって電荷を蓄積する一般的な蓄電池とは異なり、物理的に電荷を蓄積するため、極めて短時間で充放電を行うことができ、また半永久的に蓄電能力を維持することができる。【０００４】
上記のような特徴から、電気二重層キャパシタは次世代の蓄電手段として非常に注目されており、特に、高い頻度で大電流の充放電を繰り返す必要のある電力貯蔵用として注目されている。【０００５】
電気二重層キャパシタには、一般的に、比表面積が極めて大きい活性炭を電極として用いるものと、比表面積が比較的小さい非多孔質炭素を電極として用いるものとの２つの種類が知られている。これらの中でも、非多孔質炭素を電極として用いるものは、比表面積が極めて大きい活性炭を電極として用いるものと比較して、電極体積あたりの静電容量及び耐電圧が高いことが実証されている。【０００６】
上記非多孔質炭素としては、石油系ニードルコークスを焼成したか焼コークスを、質量比２．５〜４倍量のアルカリ剤と混合して焼成するアルカリ賦活工程と、アルカリ賦活工程後のか焼コークスを洗浄及び乾燥し、更に不活性雰囲気下で焼成する後焼成工程とを含む方法により作製された電極活物質が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００７】
また、アルカリ剤を用いない方法として、石炭系重質油等の物質由来のコークスを有機溶剤で抽出処理するときの抽出残分を熱処理し、その後有機溶剤を除去することによって電極活物質を作製する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００８−２０５１７３号公報（２００８年９月４日公開）」
【特許文献２】日本国公開特許公報「特開２００８−１３５５８７号公報（２００８年６月１２日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成よりも耐久性に優れた電極が望まれている。【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性に優れた電極を提供し得る電極活物質、当該電極活物質を用いて得られる電極、当該電極を用いた蓄電デバイス、及び当該蓄電デバイスを備えた電子デバイス、並びに当該電極活物質の製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は上記課題を解決するために、耐久性に優れた電極を提供し得る電極活物質について鋭意検討を行った。【００１２】
本発明者は、特許文献１に記載の電極活物質から得られる電極の耐久性が低くなる原因は、電極活物質の作製時に大量のアルカリによって賦活処理を行っているため、アルカリ等の不純物が、電極活物質に残存していることであると考えた。【００１３】
また、大量のアルカリによって賦活処理を行う場合、加熱によってアルカリ金属をガス化させ炭素組織の奥まで浸透させる。例えば、アルカリがＫＯＨの場合は金属Ｋをガス化させるために７００〜８００℃の温度範囲で賦活処理を行う。このため、炭素組織の奥まで浸透したＫ等のアルカリ金属は炭素組織内部に閉じ込められてしまい除去が困難となると考えた。【００１４】
特に、比表面積を大きく賦活する場合は炭素組織が多孔性となるのでアルカリ金属はある程度除去し易くなるが、比表面積が小さい非多孔性の場合では外部へ通じる空間が殆どないので除去が極めて困難となると考えられる。【００１５】
その結果、アルカリによって賦活処理を行う場合では、賦活処理後に後処理を行っても、これらのアルカリは完全には除去されないと考えた。【００１６】
そして、電極活物質にアルカリ等の不純物が残存することによって、作製する電極にアルカリ成分等が残存することになり、その結果、電極からガスが発生する場合があり、電極活物質から作製した電極の耐久性を低下させ得ると考えた。【００１７】
また、特許文献２に記載の電極活物質から得られる電極の耐久性が低くなる原因は、電極活物質の作製時に大量の有機溶剤によって賦活処理を行っていることであると考えた。つまり、従来の電極活物質は、大量の有機溶剤によって賦活処理を行っているため、当該有機溶剤は、賦活処理後に後処理を行っても、完全には除去されないと考えた。そして、電極に有機溶剤が残存していると、電極活物質から作製した電極の耐久性を低下させ得ると考えた。【００１８】
尚、溶剤によって賦活処理を行う場合は、炭素組織の一部を溶解しながら炭素組織の奥まで溶剤が浸透していくため、炭素組織の奥まで浸透した溶剤は炭素組織内部に閉じ込められてしまい除去が困難となると考えられる。また、比表面積を大きく賦活する場合は炭素組織が多孔性となるので溶剤は除去し易くなるが、比表面積が小さい非多孔性の場合は外部へ通じる空間が殆どないので除去が極めて困難となると考えられる。【００１９】
更には、本発明者の検討の結果、電極に有機溶剤が残存していると、電極活物質から作製した電極の漏れ電流が大きくなることが明らかとなった。このため、特許文献２に記載の構成では、エネルギー効率が悪化し得る。【００２０】
以上の観点から、本発明者は、賦活処理後に容易に除去できる物質を用いた賦活処理方法について検討を行った結果、亜臨界水若しくは超臨界水によって賦活処理すれば、賦活処理後に賦活剤を容易に除去することができ、その結果、耐久性に優れた電極を提供し得る電極活物質が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。【００２１】
即ち、本発明に係る電極活物質の製造方法は、上記課題を解決するために、炭素材料を、２５０℃以上の温度及び３．９ＭＰａ以上の圧力において、水存在下で賦活処理する賦活処理工程を含むことを特徴としている。【００２２】
上記方法によれば、処理後に除去が容易な亜臨界水若しくは超臨界水によって賦活処理を行うため、賦活処理後に簡単な処理を行うだけで、電極活物質から水等の不純物を除去することができる。また、上記賦活処理工程では、アルカリ賦活処理のように賦活剤が炭素組織の奥まで浸透しないため、賦活処理後に水等の不純物は容易に除去される。【００２３】
このため、上記方法によって得られる電極活物質では、電極を作製した際に、不純物によって、耐電圧の低下や経時変化による性能劣化等の耐久性の低下が引き起こされ難いと考えられる。よって、上記方法によれば、耐久性に優れた電極を提供し得る電極活物質を製造することができるという効果を奏する。【００２４】
また、上記賦活処理工程では、得られる電極活物質の比表面積は比較的小さくなるため、電極を作製した際に、電極密度が高くなり、電極体積あたりの静電容量は低下しない。【００２５】
更には、上記方法では、賦活剤が炭素組織の奥まで浸透しないため、賦活剤を容易に除去することができ、作業工程が簡単になり、生産効率を高めることができる。【００２６】
また、電極活物質の製造工程において、大量のアルカリ性物質を用いないため、反応容器の腐食や、副生するアルカリ金属による発火、爆発等の危険性が少ない。【００２７】
また、本発明に係る電極活物質は、比表面積が０．０１〜３０ｍ２／ｇの範囲内であり、各アルカリ金属原子の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、電極を作製した際の、２．７Ｖで測定した漏れ電流が５０μＡ／ｃｍ２以下であることを特徴としている。【００２８】
上記構成によれば、耐久性に優れた電極を提供することができるという効果を奏する。【００２９】
本発明に係る電極は、本発明に係る上記電極活物質の何れか１つを用いて得られたことを特徴としている。【００３０】
上記構成によれば、本発明に係る上記電極活物質を用いて得られているため、耐久性に優れた電極を提供することができるという効果を奏する。【００３１】
本発明に係る蓄電デバイスは、本発明に係る上記電極を備えたことを特徴としている。【００３２】
上記構成によれば、本発明に係る上記電極を備えているため、耐久性に優れた蓄電デバイスを提供することができるという効果を奏する。【００３３】
本発明に係る電子デバイスは、本発明に係る上記蓄電デバイスの何れか１つと、集積回路とを備えたことを特徴としている。【００３４】
上記構成によれば、本発明に係る上記蓄電デバイスを備えているため、耐久性に優れた電子デバイスを提供することができるという効果を奏する。特に、上記蓄電デバイスは耐電圧が高いため、駆動電圧が高い集積回路を好適に駆動させることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る電極活物質の製造方法は、以上のように、亜臨界水若しくは超臨界水を用いた賦活処理工程を含むことを特徴としている。【００３６】
このため、耐久性に優れた電極を提供し得る電極活物質を製造することができるという効果を奏する。【００３７】
また、本発明に係る電極活物質は、比表面積が０．０１〜３０ｍ２／ｇの範囲内であり、各アルカリ金属原子の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、電極を作製した際の、２．７Ｖで測定した漏れ電流が５０μＡ／ｃｍ２以下であることを特徴としている。【００３８】
このため、耐久性に優れた電極を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施の形態に係る蓄電デバイスの一例の概略構成を示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る蓄電デバイスの他の一例の概略構成を示す断面図である。
【図３】本実施の形態に係る電子デバイスの一例を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明について詳しく説明する。尚、本明細書で挙げられている各種物性は、特に断りの無い限り後述する実施例に記載の方法により測定した値を意味する。
【００４１】
〔Ｉ〕電極活物質の製造方法
本実施の形態に係る電極活物質の製造方法は、亜臨界水若しくは超臨界水を用いた賦活処理工程を含む。当該製造方法は当該賦活処理工程を含んでいるため、従来のようなアルカリ処理や溶剤処理を行う必要が無く、余計な不純物がほとんど残存しない。このため、耐久性に優れた電極を提供し得る電極活物質を製造することができる。
【００４２】
本実施の形態に係る電極活物質の製造方法では、例えば、焼成工程、粉砕工程、乾燥工程を含み得る。各工程について以下説明する。
【００４３】
＜焼成工程＞
焼成工程は、不活性ガス存在下で炭素材料を高温で加熱する工程である。
【００４４】
上記不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。焼成工程における加熱温度は、特には限定されないが、例えば、４５０〜９００℃の温度範囲内で行うことができる。
【００４５】
上記炭素材料としては、ソフトカーボンが挙げられ、より具体的には、例えば、ピッチ系原料、コークス系原料及び合成樹脂系原料等が挙げられる。
【００４６】
＜粉砕工程＞
粉砕工程は、上記焼成工程後の炭素材料を粉砕する工程である。これによって後の賦活処理工程を効率良く行うことができる。粉砕方法は、特には限定されず、従来公知の粉砕方法を採用することができる。
【００４７】
＜賦活処理工程＞
賦活処理工程は、粉砕後の上記炭素材料を、２５０℃以上の温度、且つ３．９ＭＰａ以上の圧力において、水存在下で賦活処理する工程、つまり、炭素材料を亜臨界水若しくは超臨界水で賦活処理する工程である。賦活処理工程は、粉砕後の上記炭素材料を、３７４℃以上の温度、且つ２２．１ＭＰａ以上の圧力において、水存在下で賦活処理する工程、つまり、炭素材料を超臨界水で賦活処理する工程であることが好ましい。
【００４８】
賦活処理工程では、炭素材料中の低分子成分が亜臨界水若しくは超臨界水と反応するため、余分な細孔が形成されないと考えられる。このため、比表面積の小さい電極活物質を作製することができる。その結果、電極密度が高くなり、体積当たりの静電容量が高い電極を作製し得る。
【００４９】
上記賦活処理工程における温度は、３７４℃以上であることがより好ましく、４５０℃以上であることが更に好ましい。また、上限については特に限定されないが、例えば、９００℃以下で行うことができる。
【００５０】
また、上記賦活処理工程における圧力は、３．９ＭＰａ以上であり、２２．１ＭＰａ以上であることがより好ましく、３５ＭＰａ以上であることが更に好ましい。また、上限については特に限定されないが、例えば、５０ＭＰａ以下で行うことができる。
【００５１】
上記賦活処理工程は、より効率良く処理を行う観点から、酸化促進剤の存在下で行うことが好ましい。
【００５２】
上記酸化促進剤は、賦活処理工程における、亜臨界水若しくは超臨界水による炭素材料の酸化を促進させる効果があるものであれば特には限定されない。例えば、過酸化水素、酸素、アルカリ性物質、アルカリ塩、ＺｒＯ２、遷移金属及び遷移金属の酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることができ、これらの中では過酸化水素が好ましい。
【００５３】
上記アルカリ性物質としては、例えば、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ土類金属の水酸化物が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられ、アルカリ土類の水酸化物としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム等が挙げられる。
【００５４】
上記アルカリ塩は、アルカリ金属の水酸化物と酸との中和によって生じる塩であれば特には限定されず、例えば、リチウム、カリウム及びナトリウム等のアルカリ金属の、ハロゲン化塩、炭酸塩、リン酸塩等が挙げられる。
【００５５】
上記遷移金属としては、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金等が挙げられる。上記遷移金属の酸化物としては、二酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等が挙げられる。
【００５６】
上記賦活処理工程において、用いる水の量は、処理をする炭素材料に対して１００〜１５００質量％の範囲内であることが好ましい。また、上記酸化促進剤の量は、処理をする炭素材料に対して１０〜１００質量％の範囲内であることが好ましい。
【００５７】
上記賦活処理工程の処理時間は、炭素材料の種類や求める電極活物質の性能に応じて適宜変更すればよいが、例えば、０．１〜２時間の範囲内に設定することができる。
【００５８】
＜乾燥工程＞
乾燥工程は、上記賦活処理後の炭素材料を乾燥することによって、炭素材料に含まれる水分（酸化促進剤を用いた場合には、水分及び酸化促進剤）を除去する工程である。
【００５９】
乾燥条件としては、水分（酸化促進剤を用いた場合には、水分及び酸化促進剤）を除去することができる条件であれば特には限定されない。例えば、真空下で１１０℃の条件で行うことができる。
【００６０】
尚、本発明における賦活処理では、酸化促進剤を用いたとしても、アルカリ賦活処理における温度範囲と比較して処理温度範囲が低いため、アルカリ賦活処理においてアルカリ金属がガス化して炭素組織の奥まで浸透する等のように、酸化促進剤が炭素組織の奥まで浸透するようなことはなく、酸化促進剤を容易に除去することができる。
【００６１】
このため、酸化促進剤としてアルカリ性物質やアルカリ塩を用いる場合であっても、簡単な洗浄工程を行うことによって容易に除去することができる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態に係る電極活物質の製造方法は、容器を腐食させる原因となるアルカリ性物質を大量に用いなくても実施することができるので、反応容器の長寿命化が図ることができる。また、賦活剤が炭素組織の奥まで浸透しないため、賦活剤を容易に除去することができ、作業工程が簡単になり、生産効率を高めることができる。
【００６３】
更には、アルカリ性物質を用いない場合では、中和工程が不要となり、余分な薬剤が不要であり、処理時間をより短くすることができ、環境負荷を低減させ得る。
【００６４】
上述したように、本発明に係る電極活物質の製造方法では、上記水と酸化促進剤との存在下で、上記賦活処理工程を行うことが好ましい。
【００６５】
上記方法によれば、上記賦活処理工程における酸化が促進され、より効率良く賦活処理を行うことができるため、生産効率をより高めることができる。
【００６６】
尚、上記賦活処理工程は、炭素組織の奥まで浸透する反応ではなく、炭素材料の表面を酸化分解する反応であるため、非多孔性であっても炭素組織内部に不純物が残留することがない。このため、酸化促進剤や水は、そのほとんどが炭素材料の表面に付着しているため容易に除去することができる。
【００６７】
また、本発明に係る電極活物質の製造方法では、上記酸化促進剤が、過酸化水素であることが好ましい。
【００６８】
〔II〕電極活物質
本実施の形態に係る電極活物質は、比表面積が０．０１〜３０ｍ２／ｇの範囲内であり、各アルカリ金属原子の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、電極を作製した際の、２．７Ｖで測定した漏れ電流が５０μＡ／ｃｍ２以下である。尚、本実施の形態に係る電極活物質は、上述した製造方法によって得ることができる。
【００６９】
本実施の形態に係る電極活物質は、０．０１〜３０ｍ２／ｇの範囲内であり、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇの範囲内であることが好ましく、４〜２０ｍ２／ｇの範囲内であることがより好ましく、５〜１０ｍ２／ｇの範囲内であることが更に好ましい。
【００７０】
比表面積が上記範囲内であることによって、電極を作製した際に、電極密度、電極体積あたりの静電容量及び耐電圧を高めることができる。
【００７１】
また、比表面積が上記範囲内であれば、細孔が少ないため、炭素材料中の水分除去がし易くなると考えられる。このため、耐電圧の低下原因である水分残留量を低減させることができる結果、耐電圧を高くすることができる。
【００７２】
更には、比表面積を小さくすることによって、電解液の分解を起こすグラフェンシートのエッジ部と電解液との接触を低減することができると考えられる。このため、電解液の分解を抑制でき、耐電圧を高くすることができる。例えば、本実施の形態に係る電極活物質を用いた電極を備えたキャパシタは３．２Ｖでも使用可能とすることができる。
【００７３】
尚、上記比表面積は、例えば、賦活処理工程の処理時間を調整することによって上記範囲内とすることができる。
【００７４】
また、本実施の形態に係る電極活物質は、各アルカリ金属原子の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、電極を作製した際の、２．７Ｖで測定した漏れ電流が５０μＡ／ｃｍ２以下である。
【００７５】
尚、上記「各アルカリ金属原子の含有量が５０ｐｐｍ以下」とは、具体的には、例えば、電極活物質中にアルカリ金属原子としてカリウム原子及びナトリウム原子が含まれる場合には、カリウム原子の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、且つナトリウム原子の含有量が５０ｐｐｍ以下であることを意味する。
【００７６】
アルカリ原子及び有機溶剤の含有量が上記範囲内であることによって、経時変化が起こり難く、長期信頼性に優れ、耐電圧が高い電極を提供し得る電極活物質が実現できる。
【００７７】
尚、アルカリ原子の含有量及び漏れ電流は、本発明に係る製造方法を用いれば上記範囲内とすることができる。
【００７８】
以上のように、本発明に係る電極活物質は、本発明に係る上記製造方法の何れか１つによって得られたことを特徴としている。
【００７９】
上記構成によれば、本発明に係る製造方法によって得られるため、耐久性に優れた電極を提供することができるという効果を奏する。
【００８０】
また、本発明に係る電極活物質は、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇの範囲内であり、各アルカリ金属原子の含有量が５０ｐｐｍ以下であり、電極を作製した際の、２．７Ｖで測定した漏れ電流が１００μＡ以下であることを特徴としている、とも言い換えることができる。
【００８１】
〔III〕電極
本実施の形態に係る電極は、上述した電極活物質を用いて得られ、例えば、上記電極活物質に、バインダ及び導電材を加えて構成することができる。
【００８２】
本実施の形態に係る電極は、公知の製造方法（例えば、特開２００８−２０５１７３号公報等）に従って製造することができ、例えば、上記電極活物質と導電材とバインダとを混練及び成形することにより製造し得る。
【００８３】
上記バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を使用することができる。これらの中でもポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
【００８４】
上記導電材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラックの導電性カーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等を用いることができる。
【００８５】
上記混練及び成形は、上記電極活物質と導電材との混合物に、バインダを添加及び混合した後、プレス成型やロール成型等によって行い得る。また、他の方法として、電極活材料と導電材とバインダとの混合物をスラリー状にし、これをコーティングすることで薄い塗布膜を形成してもよい。
【００８６】
上記電極活材料と導電材とバインダとの配合比は、例えば、質量比で、８〜１０：０．５〜１．５：０．５〜１．５の範囲内にすることができる。
【００８７】
〔IV〕蓄電デバイス
本実施の形態に係る蓄電デバイスは、本実施の形態に係る上記電極を備えている。
【００８８】
図１は、本実施の形態に係る蓄電デバイスの一例の概略構成を示す断面図であり、図２は、本実施の形態に係る蓄電デバイスの他の一例の概略構成を示す断面図である。
【００８９】
図１に示すように、本実施の形態に係る蓄電デバイスは、一対の電極１と、当該電極を物理的に絶縁するセパレータ２とを備える。また、これらは、電極１へイオンを供給する電解液（図示せず）中に設けられる。また、別の一例では、図２に示すように、図１に示す構成における各電極１の外側に、導電性接着剤３及び集電体４をこの順に更に備えており、同様に、これらは、電極１へイオンを供給する電解液（図示せず）中に設けられる。
【００９０】
上記電解液を構成する電解質としては、例えば、四フッ化ホウ酸トリエチルメチルアンモニウム、四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム、ピロリジニウム化合物塩が挙げられる。上記電解液を構成する溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチルラクトン及びスルホラン等が挙げられる。また、副溶媒としてジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートの少なくとも１種を混合してもよい。
【００９１】
上記セパレータとしては、ポリオレフィン系セパレータや不織布等から形成することができ、上記集電極としては、アルミニウム、アルミニウム合金等から形成することができる。導電性接着剤としては、蓄電デバイスに用いられる従来公知の導電性接着剤を用いることができる。
【００９２】
本実施の形態に係る蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタであることが好ましい。
【００９３】
電気二重層キャパシタの一例として、例えば、図１又は図２に示す構成において、本実施の形態に係る電極を正負の電極としてそれぞれ用いた構成が挙げられる。尚、本実施の形態に係る上記電極を正負の何れか一方の電極としてのみ用い、他の一方は、従来公知の構成の電極を用いてもかまわない。
【００９４】
上記電解液としては、例えば、従来の電気二重層キャパシタに用いられている既知の電解液を使用することができる。
【００９５】
また、上記リチウムイオンキャパシタの一例として、例えば、図１又は図２に示す構成において、本実施の形態に係る電極を正極として用い、本実施の形態に係る電極活物質にリチウムイオンを吸蔵させた材料を負極活物質として用いた電極を負極として用い、リチウム塩を溶質とする電解液を用いる構成が挙げられ、従来公知の技術（例えば、特開２００９−１３００６６号公報）を用いて作製することができる。尚、正極及び負極の何れか１つについて従来公知の構成の電極を用いてもかまわない。
【００９６】
上記電解液、集電体及びセパレータ等としては、例えば、特開２００９−１３００６６号公報に記載されているような、リチウムイオンキャパシタに用いられる従来公知の構成を採用することができる。
【００９７】
〔Ｖ〕電子デバイス
本実施の形態に係る電子デバイスは、上述した蓄電デバイスと、集積回路とを備えている。
【００９８】
上記電子デバイスは、上述した本発明に係る蓄電デバイスを備えているため、高い駆動電圧を上記集積回路に供給することができる。このため、上記電子デバイスとしては、例えば、蓄電デバイスを備えた各種センサー等に好適に用いることができる。
【００９９】
図３に、本実施の形態に係る電子デバイスの一例を模式的に示す平面図を示す。図３に示すように、本実施の形態に係る電子デバイスは、発電デバイス５と、整流及び電圧変換回路６と、蓄電デバイス７と、センサ８と、集積回路９と、無線モジュール１０とを備えている。電子デバイスでは、発電デバイス５によって発電された電気は、整流及び電圧変換回路６によって変換され、蓄電デバイス７へ送られ、当該蓄電デバイス７からセンサ８、集積回路９、及び無線モジュール１０へとそれぞれ電気が供給されることによって、センサーとして機能する。
【０１００】
尚、上記電子デバイスは、上述した本発明に係る蓄電デバイスを備えていること以外は、公知の構成と変わらないため、当業者であれば従来公知の製造方法によって作製することができる。
【０１０１】
また、上述の説明では、上記電子デバイスがセンサー、及び無線モジュールを備えた構成について例示したが、当然のことながら、本発明の構成は、このような構成には限定されず、少なくとも、本発明に係る蓄電デバイスと、集積回路とを備えていれば、本発明の効果を奏する。
【実施例】
【０１０２】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０１０３】
〔静電容量の測定〕
作製した電極活物質と、導電剤であるアセチレンブラック（製品名：デンカブラック（粉状）、電気化学工業株式会社製）と、バインダであるテトラフルオロエチレン（製品名：Ｆ−１０４、ダイキン工業株式会社製）とを、質量比で１０：１：１で混練し、シート状に成形することによって、厚さ１００μｍの電極シートを作製した。【０１０４】
上記電極シートから直径１５．９５ｍｍの円盤状ディスクを打抜き、これを真空中で乾燥した後、窒素ガス雰囲気中のグローブボックス中で１．５ｍｏｌ／Ｌの四フッ化ホウ酸トリエチルメチルアンモニウムを含むプロピレンカルボナートを真空含浸し、次に成型体を各々正極、負極とし、両極間にガラス濾紙を配置してセルを組立てて、電気二重層キャパシタを得た。【０１０５】
室温にて上記セルに０．２３ｍＡにて充電し、２時間保持した後、定電流放電を０．６ｍＡで行い、電気二重層キャパシタの静電容量を測定した。静電容量は、放電曲線の放電開始電圧から０Ｖまでをエネルギー換算法により算出した。【０１０６】
〔比表面積〕
全自動ガス吸着量装置（製品名：オートソーブ−１−Ｃ／ＶＰ／ＴＣＤ／ＭＳ、ユアサアイオニクス製）を使用し、ＢＥＴ多点法にて比表面積測定を行った。【０１０７】
〔各アルカリ金属原子の含有量〕
蛍光Ｘ線分析装置（製品名：ＺＳＸ１００ｅ、Ｒｉｇａｋｕ社製）を使用し、ファンダメンタルパラメータ法にてアルカリ元素の濃度を定量した。【０１０８】
〔漏れ電流の測定〕
充放電測定装置（製品名：ＨＪ１００１ＳＭ８Ａ、北斗電工株式会社製）を使用し、定電流充電により規定電圧まで昇圧後、規定電圧にて３０分間保持したときの正極と負極との間に流れる電流を漏れ電流として測定した。【０１０９】
〔抵抗の測定〕
ＬＣＲメータ（製品名：ＬＣＲハイテスタ  ３５１１−５０、日置電機株式会社製）を使用し、電気二重層キャパシタの１kＨｚでの等価直列抵抗を室温で測定した。抵抗率は等価直列抵抗を電極面積で除することにより算出した。【０１１０】
〔フロート試験〕
フロート試験は、電極活物質に２．７Ｖの電圧を印加した状態で、７０℃のオーブンに、１４０時間静置させることによって行なった。【０１１１】
〔電極密度〕
電極密度は、電極の質量と、直径及び厚さから求めた体積とによって算出した。【０１１２】
〔実施例１〕
炭素原料（石油系コークスのソフトカーボン）を、焼成炉により、窒素雰囲気下、４５０℃以上で１時間熱処理を行い、得られた焼成体を３２メッシュ以下に粉砕した。【０１１３】
そして、ＳＵＳ製容器に、粉砕後の上記焼成体２ｇと水２５ｇとを充填した。その後、当該ＳＵＳ製容器を、４５０℃の溶融塩に１時間浸し、内圧を３５ＭＰａとして超臨界処理を行い、その後、上記ＳＵＳ製容器を水に浸して冷却させた。【０１１４】
冷却後、ＳＵＳ製容器の内容物を減圧濾過し、更に１１０℃、−０．１ＭＰａで６時間減圧乾燥を行うことにより、電極活物質を作製した。得られた電極活物質について、各種物性を測定した結果を表１に示す。【０１１５】
〔実施例２〕
ＳＵＳ製容器に焼成体２ｇと水２５ｇとを充填する代わりに、焼成体２ｇと水２１ｇと過酸化水素水（濃度：３１質量％）４ｇとを充填したこと以外は実施例１と同様の操作を行い、電極活物質を作製した。得られた電極活物質について、各種物性を測定した結果を表１に示す。【０１１６】
〔比較例１〕
特開２００８−１３５５８７号公報に記載の実施例１を追試した。得られた電極活物質について、各種物性を測定した結果を表１に示す。【０１１７】
〔比較例２〕
特開２００８−２０５１７３号公報の表２のＳ４２を追試した。得られた電極活物質について、各種物性を測定した結果を表１に示す。【０１１８】
尚、特開２００８−２０５１７３号公報の段落〔００５９〕等には、「…第４工程を経て得られた炭素材料の不純物量は、１００ｐｐｍにまで低下していた。」と記載されているが、本比較例では、Ｋ含有量は３３０４ｐｐｍ、Ｎａ含有量は２４ｐｐｍであった。これは、おそらく、アルカリ含有量の測定条件が、本願と特開２００８−２０５１７３号公報とで違うことに起因していると考えられる。【０１１９】
【表１】
2011046173.tif 000002
【０１２０】
〔実施例３〕
実施例１と同様の操作を行い、電極活物質を作製した。得られた電極活物質について、各種物性を測定した結果を表２に示す。【０１２１】
〔実施例４〕
実施例２と同様の操作を行い、電極活物質を作製した。得られた電極活物質について、各種物性を測定した結果を表２に示す。【０１２２】
〔比較例３〕
比較例１と同様の操作を行い、電極活物質を作製した。得られた電極活物質について、各種物性を測定した結果を表２に示す。【０１２３】
【表２】
2011046173.tif 000003
【０１２４】
表２に示すように、実施例３，４で得られた電極活物質は、フロート試験前後における抵抗率の増加量が７．４〜１０．８Ω／ｃｍ２であるのに対して、比較例３で得られた電極活物質では１９．０Ω／ｃｍ２増加しており、比較例３で得られた電極活物質は、実施例３，４で得られた電極活物質よりも約２〜３倍抵抗率が増加していることが確認された。従って、これらの結果から、本発明に係る電極活物質は耐久性に優れていることが確認された。【０１２５】
尚、比較例２で得られた電極活物質についてはフロート試験で評価を行なっていないが、一般的に、アルカリ金属等の金属を多く有している活性炭を電気二重層キャパシタの電極材料に使用した場合、電気二重層キャパシタの充放電を繰り返したときに耐久性低下を誘発することが知られている（例えば、特開２００８−２０７９８２号公報の段落〔０００３〕参照）。このため、比較例２で得た電極活物質は耐久性が低いことが容易に推測される。【０１２６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明の電極活材料は、各種キャパシタに用いられる電極として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１    電極
２    セパレータ
３    導電性接着剤
４    集電体
５    発電デバイス
６    整流及び電圧変換回路
７    蓄電デバイス
８    センサ
９    集積回路
１０    無線モジュール
【図１】
2011046173.tif 000004
【図２】
2011046173.tif 000005
【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月27日(2012.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
上記アルカリ性物質としては、例えば、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ土類金属の水酸化物が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられ、アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム等が挙げられる。
【国際調査報告】
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2011046173.tif 000008
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